多年來 IC 產業的發展一直就如摩爾定律的預測持續到今天，許多的技術不斷推進到物理極限，聰明的專家學者們總是不斷的想出新的解決方案來突破，不論從選擇新材料、製程技術或是採用新元件結構，提升效能、降低功率消耗、降低成本。

其中矽超薄通道(UTB，ulntra thin body)技術很是重要，如矽在絕緣上(SOI， silicon on insulator)或是鰭式電晶體(FinFET)技術的發展，都是當今半導體技術發展的主流。但當矽通道的厚度薄到一個極限，效能將受到上下層嚴重干擾而致退化，必須找出有效隔絕上下層影響的方法，試想，若是通道製程能像積木堆疊方式來進行，排除與上下層的連結，將半導體、絕緣層、金屬層分別依照位置、面積大小、厚度來擺放，就有望解決。於是聰明的專家找到二維材料，這類二維材料結構具水平延伸特性，僅數個原子堆疊厚度，垂直方向沒有鍵結，可有效降低干擾可能。而發現石墨烯的 A.K. Geim 教授與他當時的學生K.S. Novoselov 以石墨烯的研究獲得2010年的諾貝爾物理獎肯定。

類似的材料與應用領域不斷被發表與揭露，涵蓋光學、電子、能源、生醫…. 等領域。同時，各種成長方法不斷推陳出新以提高品質與產量。其中，以過渡金屬與硫屬元素化合而成的硫屬化合物 (TMDs， Transition Metal Dichalcogenides)，由上下兩層硫屬元素中間夾一層過渡金屬的三明治原子層狀結構最為普遍，這類化合物可以是半導體、半金屬甚至超導體，同一種材料還可以有不同的穩定結構存在。譬如二硫化鉬(MoS2)，在多層狀態即具有間接能隙的特性，且能隙可以隨著層數減少到單層狀態而轉成直接能隙，如此具可控性(tunable)能隙的半導體不僅有n型(以電子傳輸為主)，還可以透過Nb摻雜形成p型(以電洞傳輸為主)，利用在傳統電晶體通道材料、發光二極體、太陽能電池、氣體感測、生物感測等元件應用上，或是探索新的物理現象與元件應用，都將帶給產學研界無限的想像空間。

傳統化學氣相沉積(CVD)是較普遍的技術，ALD 製程源自於 CVD，有優於CVD製程的厚度控制能力。著眼以上各合成方法的盲點與技術瓶頸，以改良的選區成長技術-二階段製程技術，可達成上述的積木堆疊元件製作概念。在預備基板上先鍍上含過渡金屬的前驅物材料，透過第二階段與硫屬元素化合反應，在特定位置、形成特定面積大小、特定層數(特性)的二維材料。透過微影、蝕刻方式，先將前驅物進行位置、面積定義，甚至層數、均勻性的控制，這樣可避免 CVD 或 ALD 方式成長結束後再蝕刻所造成的蝕刻損傷。對於摻雜改質，也較CVD 與ALD 製程相對容易。本技術同時滿足大面積、均勻、選區成長、層數控制、高品質、摻雜的製程要求，極具發展潛力。

▲ VM 薄膜成長模式示意圖；透過ALE 製程將較厚、均勻但連續、平坦的前驅物薄膜蝕刻至特定厚度與平坦度，以達到控制最終形成層數的目的。(發表  於 2018 ALD/ALE conference)

▲ 分別以物理方式減薄前驅物後所合成之二維材料拉曼圖譜，E1與A兩特性峰間距越近，顯示層數越薄。圖右，認取試片三點之拉曼圖譜，插入圖為PL 特性圖譜，特性波長 625 nm，單層高品質材料特性。(發表於 2018 ALD/ALE conference )